本实验室致力于为地球科学前沿研究提供高精度、高效率的稳定同位素分析技术支撑。实验室紧密围绕“地球环境-生命演化”、“矿产资源”、“全球气候变化”、“大气科学”及“行星科学”等核心研究领域，建立并完善了一套以碳、氧、氮、硫等同位素为核心的分析方法体系。我们能够对岩石、矿物、石油、天然气、流体包裹体、古老/现代沉积物、植物、水体样品中的同位素组成进行精确测定，为揭示地球与行星的演化历史、圈层相互作用及环境变迁过程提供关键的同位素地球化学证据。
1. 研究方向与内容
依托先进的仪器平台，实验室的研究与技术服务体系主要涵盖以下方向：
（1）古环境与古气候重建：通过测定碳酸盐、硅酸盐、水体及生物壳体的δ¹³C、δ¹⁸O值，重建古温度、古盐度及古海洋、古大气循环模式，服务于地球早期环境-生命协同演化及第四纪气候快速变化等研究。
（2）生物地球化学循环：利用δ¹³C、δ¹⁵N、δ³⁴S等多同位素示踪技术，研究碳、氮、硫等生命关键元素在现代及地质历史时期的生物地球化学循环过程与通量。
（3）矿床成因与流体示踪：通过分析矿物、流体包裹体及成矿流体的δ¹³C、δ¹⁸O、δ³⁴S等同位素组成，示踪成矿物质与流体来源，约束矿床成因机制。
（4）地球大气-海洋氧化与行星科学：开展CO₂、CH₄、SF₆等气体及岩石、陨石、行星样品的氧、硫多同位素（δ¹⁷O, δ¹⁸O, δ³³S, δ³⁴S, δ³⁶S）非质量分馏效应研究，探究地球大气-海洋氧化、行星形成与演化过程。
2. 仪器平台
实验室构建了以两台高性能气体稳定同位素比质谱仪为核心，集成多种自动化在线制备与离线精密提取系统的综合技术平台。
（1）核心仪器
① 气体稳定同位素比质谱仪（IRMS，赛默飞世尔：MAT 253 plus）
作为本实验室的旗舰型高精度质谱，其超高灵敏度与稳定性为碳、氧、氮、硫等同位素的离线双路测定提供了基准，是实现δ¹⁷O、δ³³S等多同位素高精度非质量分馏分析的关键设备。
核心技术参数： u 质量分析器：电子轰击源、10kV加速电压提供了在最密闭的和最宽线性范围时的最高灵敏度。 u 双路进样系统：由计算机控制自动压力调节的可变储样器(范围为3-40mL)在两个可变储样器场装有薄膜压力传送器。 |
 |
功能用途与应用场景： u 连接进样系统，可用于高精度在线测定气体稳定同位素13C/12C，15N/14N，18O/16O，34S/32S，28Si/29Si等的丰度比。 u 连接定制化的气体样品制备装置，可实现特殊的微小或团簇同位素比值的测定，如δ17O、Δ47、δ33S等。 |
|
开设实验项目与合作研究： u 串联GasBench全自动气体进样系统，实现对地质样品中碳酸盐C-O同位素的高精度在线测试。 u 串联全自动激光氟化-O2真空线提纯系统，实现硫酸盐、硅酸盐等粉末样品的高精度叁氧同位素的在线测定。 u 配合加热氟化-SF6真空线提纯系统，实现黄铁矿、硫酸钡等的多硫同位素的离线测试。 |
② 气体稳定同位素比质谱仪（IRMS，赛默飞世尔：Delta Q）
具有优异的灵活性与快速响应能力，是进行高通量在线连续流分析的理想平台，尤其适用于与元素分析仪、GasBench等联用进行批量样品分析。
核心技术参数： u 离子源：电子轰击源 u 加速电压：3kV，实现从1到96 dalton的全质量数扫描 u 质量分辨率：110，10%峰谷处 u 真空系统：可达10-8 mbar u 离子流信号范围：0-167nA |
 |
功能用途与应用场景： u 配备连续流接口（ConFlo IV）和元素分析仪（EA IsoLink CNSOH），用于高精度在线测定气体稳定同位素比值δ13C，δ15N，δ18O，δ34S。 u 可扩展串联GasBench全自动气体进样系统，对地质样品中碳酸盐C-O同位素的高精度在线测试。 |
|
开设实验项目与合作研究： |
（2）样品制备与导入系统：
多用途在线气体制备和导入系统（Thermo Scientific GasBench Plus）： 专门为碳酸盐、水、无机碳等样品的δ¹³C、δ¹⁸O高精度、高通量分析而设计，自动化程度高，重现性优异。 |
 |
（3）特种气体提取与纯化系统：
全自动激光氟化-O₂真空线提纯系统（ICSGBR ZZH O）： 用于硅酸盐、氧化物矿物中氧的离线提取与纯化，制备的O₂气体可直接用于MAT 253 Plus进行高精度δ17O、δ18O测定。 |
 |
高温加热氟化-SF₆真空线提纯系统（ICSGBR ZZH S）： 专门用于硫化物、硫酸盐矿物中硫的离线提取与纯化，制备的SF₆气体是进行多硫同位素（δ³³S, δ³⁴S, δ³⁶S）非质量分馏分析的必要气体。 |
 |
（4）辅助设备：
| 百万分之一分析天平 (Mettler Toledo WXTS3DU)： 确保样品称量的绝对精度，是获取可靠同位素数据的基础。 |
 |
3. 成果展示
本实验室的技术平台已稳定运行，成功服务了多家国内外科研单位，并支撑了多项国家级科研项目与高水平研究，产出了一系列具有影响力的科研成果，例如：
（1）重建地球25亿年阶梯式增氧历史
依托技术：硫酸盐三氧同位素（Δ′¹⁷O）高精度分析系统（MAT 253 Plus激光氟化联用）。
成果：首次系统测定了过去25亿年沉积硫酸盐的Δ′¹⁷O高分辨率记录，为揭示地球大气从无氧到现代氧水平的三阶段（GOE-NOE-POE）阶梯式、长达20亿年的增氧过程提供了最直接的关键证据。该成果厘清了大气与海洋氧化的协同演化历史，发表于Nature（Haiyang Wang, et al., 2025）。
(2) 揭示大氧化事件（GOE）期间海洋磷与大气氧的耦合机制
依托技术：碳酸盐碳同位素（δ¹³C）高精度在线分析（GasBench联用Delta Q）及配套元素分析。
成果：利用碳酸盐结合态磷（CAP）新指标，首次重建了GOE期间全球海洋磷浓度的同步演化，发现其与δ¹³C正漂移（Lomagundi事件）协同变化。结合生物地球化学模型，证实海洋磷有效性的阶段性激增是驱动早期大气快速增氧的关键机制，成果发表于Nature Communications （Matthew S. Dodd, et al., 2026）。
